Hintergrund
der Erfindungbackground
the invention
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mikrowellen-Füllstandmeßradargeräte. Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Füllstandmeßradargerätschaltung
und ein Betriebsverfahren zum exakten Bestimmen des Füllstands
oder Pegels einer überwachten
Flüssigkeit
oder eines anderen überwachten
Materials.The
The present invention relates generally to microwave level measuring radars. The
The present invention particularly relates to a level measuring radar device circuit
and an operating method for accurately determining the level
or level of a monitored
liquid
or another supervised
Material.
Füllstandmeßradargeräte werden
zum Ausführen
kontaktfreier Messungen von Füllständen von Produkten,
z. B. von Prozeßfluids
und anderen Materialien, weit verbreitet verwendet. Diese Vorrichtungen
verwenden Antennen zum Übertragen
elektromagnetischer Wellen zum zu überwachenden Material hin und
zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen, die an der Oberfläche des überwachten
Materials reflektiert werden. Typischerweise wird ein erstes oder
Referenzsignal mit einer veränderlichen
Frequenz erzeugt, und die übertragenen
elektromagnetischen Wellen werden als Funktion der Frequenz des
Referenzsignals erzeugt. Dann wird ein zweites Signal von den durch
die Oberfläche
des Materials reflektierten elektromagnetischen Wellen erhalten
und über
die Antenne empfangen. Die beiden Signale sollten im wesentlichen
die gleiche Frequenz, jedoch verschiedene Phasen aufweisen. Dann
wird ein Phasenverschiebungssignal als Funktion der Phasendifferenzen
zwischen dem Referenzsignal und dem zweiten Signal über den
Frequenzbereich erzeugt. Die Frequenz des Phasenverschiebungssignals
zeigt die Strecke an, die die elektromagnetischen Wellen zwischen
der Antenne und der Oberfläche
des überwachten
Materials zurückgelegt haben,
und damit den Pegel oder Füllstand
des Materials. Radarmeßgeräte des FMCW-(frequenzmodulierte
kontinuierliche Welle)Typs sind beispielsweise gemäß dem Dokument "Mikrowellen messen
Fuellstaende" von
Prof. Johanngeorg Otto in Design & Elektronik-Sensortechnik,
13. Mai 1997, Bd. 10/1997 bekannt.Füllstandsmeßradargeräte be
to run
Non-contact measurements of levels of products,
z. B. of process fluids
and other materials, widely used. These devices
use antennas for transmitting
electromagnetic waves to the material to be monitored out and
for receiving electromagnetic waves at the surface of the monitored
Materials are reflected. Typically, a first or
Reference signal with a variable
Frequency generated, and the transmitted
electromagnetic waves are used as a function of the frequency of the
Reference signal generated. Then a second signal from the through
the surface
obtained from the material reflected electromagnetic waves
and over
receive the antenna. The two signals should be essentially
have the same frequency but different phases. Then
becomes a phase shift signal as a function of the phase differences
between the reference signal and the second signal via the
Frequency range generated. The frequency of the phase shift signal
indicates the distance that the electromagnetic waves between
the antenna and the surface
of the supervised
Have covered the material
and thus the level or level
of the material. FMCW (Frequency-modulated
Continuous wave) type are, for example, according to the document "Microwave measure
Fuellstaende "from
Prof. Johanngeorg Otto in Design & Electronics Sensor Technology,
May 13, 1997, Vol. 10/1997.
Herkömmliche
Füllstandmeßradargeräte verwenden
eine komplexe und teure Schaltung zum Entfernen von Frequenzkomponenten
vom Phasenverschiebungssignal, die durch Reflexion der elektromagnetischen
Wellen von von der Oberfläche
des überwachten
Materials verschiedenen Oberflächen erzeugt
werden. Beispielsweise versucht die Schaltung Interferenzsignale
zu entfernen, die durch Reflexionen von einem Wellenleiter, von
den Seiten des Behälters
und von anderen Oberflächen
verursacht werden, die nicht das vorgesehene Ziel sind.conventional
Use level measuring radars
a complex and expensive circuit for removing frequency components
from the phase shift signal caused by reflection of the electromagnetic
Waves from from the surface
of the supervised
Material produces different surfaces
become. For example, the circuit attempts interference signals
to be removed by reflections from a waveguide, by
the sides of the container
and from other surfaces
caused that are not the intended destination.
Typischerweise
können
die Interferenzkomponenten nicht vollständig vom Phasenverschiebungssignal
entfernt werden. Außerdem
wird bei der Überwachung
des Füllstands
einer Flüssigkeit,
in der turbulente Zustände
auftreten, die beispielsweise durch absichtliches Rühren der
Flüssigkeit
verursacht werden, das Phasenverschiebungssignal einen breiten Bereich
von Frequenzkomponenten enthalten, die von den dem Füllstand
der Flüssigkeit
zugeordneten Frequenzkomponenten verschieden sind, die bei Abwesenheit
der Turbulenz detektiert worden wären. Als Ergebnis dieser Erscheinung
und anderer Erscheinungen, die mit einer Spektralanalyse des einer
turbulenten Flüssigkeit
oder einem die Flüssigkeit
bedeckenden Schaum entsprechenden Phasenverschiebungssignals verbunden
sind, treten bei herkömmlichen
Füllstandmeßradargeräten Schwierigkeiten
hinsichtlich einer exakten Bestimmung des Pegels oder Füllstands
der Flüssigkeit
im Behälter
auf.typically,
can
the interference components are not completely from the phase shift signal
be removed. Furthermore
will be in the monitoring
the level
a liquid,
in the turbulent states
occur, for example, by deliberately stirring the
liquid
caused the phase shift signal a wide range
of frequency components included by the level
the liquid
associated frequency components are different in the absence
the turbulence would have been detected. As a result of this phenomenon
and other phenomena, with a spectral analysis of the one
turbulent liquid
or one the liquid
covering foam corresponding phase shift signal connected
are, occur in conventional
Level measuring radars difficulties
for an exact determination of the level or level
the liquid
in the container
on.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zum Betreiben eines FMCW-Füllstandmeßradargeräts und ein
entsprechendes Meßgerät zum Messen
eines Füllstands
in einem Behälter
bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine
Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen gelöst.It
An object of the present invention is an improved method
for operating an FMCW level measuring radar device and a
corresponding measuring device for measuring
a level
in a container
provide. This task is performed by a method and a
Device solved according to the claims.
Kurze Beschreibung
der ZeichnungenShort description
the drawings
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Behälters, in dem ein erfindungsgemäßes Füllstandmeßradargerät installiert
ist; 1 shows a schematic representation of a container in which a Füllstandsmeßradargerät invention is installed;
2 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen des erfindungsgemäßen Füllstandmeßradargeräts; 2 shows a block diagram for illustrating the Füllstandsmeßradargeräts invention;
3 zeigt
ein Blockdiagramm zum detaillierten Darstellen von Abschnitten der
erfindungsgemäßen Füllstandmeßradargerätschaltung; 3 shows a block diagram for illustrating in detail portions of the Füllstandsmeßradargerätschaltung invention;
4 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen verschiedenartiger Funktionen und
Algorithmen, die durch das erfindungsgemäße Füllstandmeßradargerät ausgeführt bzw. implementiert werden; 4 shows a block diagram illustrating various functions and algorithms that are implemented by the Füllstandsmeßradargerät invention;
5 zeigt
eine grafische Darstellung eines Leistungsspektraldatensatzes; 5 shows a graphical representation of a power spectral data set;
6 zeigt
eine Betriebszustandtabelle eines Signalprozessors für eine Analyse
von Leistungsspektraldaten; 6 FIG. 12 shows an operating state table of a signal processor for analysis of power spectral data; FIG.
7 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung eines Signalprozessors für eine Analyse
von Leistungsspektraldaten entsprechend der Zustandtabelle; und 7 Fig. 10 is a flow chart showing processing of a signal processor for analysis of power spectral data corresponding to the state table; and
8A–8D zeigen
Diagramme des Rauschabstands oder Signal/Rausch-Verhältnisses (SNR),
des NLF-(no line found – "keine Linie gefunden" anzeigenden)-Wertes,
des bestimmten Bereichs bzw. des Betriebsmodus während einer Folge von Störungsereignissen. 8A - 8D show diagrams of Signal to Noise Ratio (SNR), the NLF (no line found) value, the particular range, or mode of operation during a sequence of disturbance events.
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenFull
Description of the Preferred Embodiments
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Prozeßbehälters 10, in dem ein
erfindungsgemäßes Mikrowellen-Füllstandmeßgerät oder Füllstandmeßradargerät 14 installiert ist.
Der Prozeßbehälter 10 ist
mit einer Flüssigkeit
oder einem anderen Material 12 gefüllt, dessen Höhe oder
Pegel bzw. Füllstand
durch das Füllstandmeßradargerät 14 bestimmt
werden soll. Das Füllstandmeßgerät 14 ist
auf einer Behälteröffnung 16 an
der Oberseite des Behälters
montiert und bezüglich
des Behälters
abgedichtet. Das Füllstandmeßradargerät 14 überträgt Radarenergie
entlang eines Wellenleiters über
die Öffnung 16 und
empfängt
reflektierte Energie von der Flüssigkeitsoberfläche 13,
um eine Anzeige für
den Flüssigkeitsfüllstand
im Behälter
bereitzustellen. Das Füllstandmeßradargerät 14 ist über eine
Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife 15,
auf der ein Schleifenstrom IL übertragen
wird, mit einem abgesetzten Ort 11 (z. B. einem Kontrollraum)
verbunden. 1 shows a schematic representation of a process container 10 in which an inventive microwave Füllstandmeßgerät or Füllstandmeßradargerät 14 is installed. The process container 10 is with a liquid or other material 12 filled, the height or level or level by the Füllstandmeßradargerät 14 should be determined. The level gauge 14 is on a container opening 16 mounted on the top of the container and sealed with respect to the container. The level measuring radar device 14 transmits radar energy along a waveguide across the opening 16 and receives reflected energy from the liquid surface 13 to provide a liquid level indicator in the container. The level measuring radar device 14 is via a two-wire process control loop 15 on which a loop current I L is transmitted, with a remote location 11 (eg a control room).
Der
Strom IL in der Prozeßsteuerungsschleife 15 kann
den Pegel bzw. Füllstand
der Flüssigkeit oder
des Materials im Behälter 10 oder
ein Steuersignal vom abgesetzten Ort 11 darstellen. Der
Strom liegt gemäß der Norm
ISA 4–20
mA im Bereich zwischen 4 und 20 mA. Das Meßgerät 14 kann auch derart
konfiguriert sein, daß es
gemäß dem HART®-Protokoll über den
4–20 mA-Strom
digital kommuniziert, oder es kann vollständig digitale Kommunikationen ausführen, wie
in einer Feldbus-Struktur.The current I L in the process control loop 15 may be the level of the liquid or material in the container 10 or a control signal from the remote location 11 represent. The current is in the range between 4 and 20 mA according to the standard ISA 4-20 mA. The measuring device 14 may also be configured such that it communicates with the HART ® protocol digital accordance using the 4-20 mA current, or it can run fully digital communications as in Fieldbus a structure.
Das
Füllstandmeßradargerät 14 weist
ein Elektronikgehäuse 20,
einen Gehäuse-Flansch-Adapter 22,
einen Prozeßhalterungsflansch 24 und
eine Antenne 26 auf. Das Füllstandmeßradargerät 14 ist an einem
Standoff- oder Vorsatzrohr 28 montiert, das an der Oberseite
des Behälters 10,
um die Öffnung 16 herum
befestigt ist. Der Behälterflansch 30 ist
am Stand off- oder Vorsatzrohr 28 befestigt. Der Prozeßhalterungsflansch 24 ist
durch Schrauben oder Bolzen am Behälterflansch 30 gesichert
und durch einen geeigneten Dichtungsring abgedichtet. Der Prozeßhalterungsflansch 24 hält sowohl
den Adapter 22 als auch das Elektronikgehäuse 20.The level measuring radar device 14 has an electronics housing 20 , a housing flange adapter 22 , a process holder flange 24 and an antenna 26 on. The level measuring radar device 14 is on a standoff or attachment pipe 28 mounted on the top of the container 10 to the opening 16 is attached around. The tank flange 30 is on the stand off or header pipe 28 attached. The process holder flange 24 is by screws or bolts on the container flange 30 secured and sealed by a suitable sealing ring. The process holder flange 24 Holds both the adapter 22 as well as the electronics housing 20 ,
2 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Schaltung der bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Füllstandmeßradargeräts. Die
im Gehäuse 20 des
Füllstandmeßradargeräts 14 angeordnete
Schaltung weist eine Kommunikationsschaltung 50, eine Spannungsversorgungsschaltung 55 und
eine Füllstandmeßradargerätschaltung 100 auf.
Die Kommunikationsschaltung 50 ist mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife 15 für eine Kommunikation über die
Schleife 15 verbunden. Daher überträgt die Kommunikationsschaltung 50 den
Füllstand
des Materials 12 im Behälter 10 anzeigende
Information über
die Schleife 15 durch Steuern des Stroms auf der Schleife 15.
Alternativ überträgt die Kommunikationsschaltung 50,
wie vorstehend erwähnt,
die Füllstandinformation
auf der Schleife 15 digital über den 4–20 mA-Strom. Außerdem kann
die Kommunikationsschaltung 50 in bevorzugten Ausführungsformen
Steuersignale vom abgesetzten Ort 11 über die Schleife 15 empfangen.
Die Kommunikationsschaltung 50 führt dann diese Steuersignale
der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 zum
Steuern der Operation der Schaltung 100 zu. 2 shows a block diagram for illustrating a circuit of the preferred embodiment of the Füllstandsmeßradargeräts invention. The in the case 20 of Füllstandsmeßradargeräts 14 arranged circuit has a communication circuit 50 , a power supply circuit 55 and a level measuring radar device circuit 100 on. The communication circuit 50 is with the two-wire process control loop 15 for a communication over the loop 15 connected. Therefore, the communication circuit transmits 50 the level of the material 12 in the container 10 displaying information about the loop 15 by controlling the flow on the loop 15 , Alternatively, the communication circuit transmits 50 as mentioned above, the level information on the loop 15 digital via the 4-20 mA current. In addition, the communication circuit 50 in preferred embodiments, control signals from the remote site 11 over the loop 15 receive. The communication circuit 50 then performs these control signals of Füllstandmeßradargerätschaltung 100 for controlling the operation of the circuit 100 to.
Die
Füllstandmeßradargerätschaltung 100 erzeugt
ein elektrisches Mikrowellensignal als Referenzsignal. Dieses Signal
wird durch Wellenleiter oder andere Mikrowellenübertragungsleitungen der Antenne 26 zugeführt und
in den Behälter 10 übertragen.
Die Antenne 26 empfängt
von der Oberfläche 13 des
Materials 12 im Behälter 10 reflektierte
Mikrowellen. Ein den reflektierten Mikrowellen entsprechendes elektrisches
Signal wird der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 zugeführt. Die
Füllstandmeßradargerätschaltung 100 verwendet
dann das Referenzsignal und das reflektierte Wellensignal zum Bestimmen
des Füllstands
des Fluids 12 im Behälter 10. Wie
später
unter Bezug auf weitere Figuren ausführlicher beschrieben wird,
weist die Füllstandmeßradargerätschaltung 100 zahlreiche
Merkmale auf, von denen einige in Hardware und andere in Software
implementiert sind, die es der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 ermöglichen,
den Füllstand
des Fluids 12 im Behälter 10 auch
unter turbulenten Bedingungen exakt zu bestimmen.The Füllstandsmeßradargerätschaltung 100 generates a microwave electric signal as a reference signal. This signal is transmitted through waveguides or other microwave transmission lines of the antenna 26 fed and into the container 10 transfer. The antenna 26 receives from the surface 13 of the material 12 in the container 10 reflected microwaves. An electric signal corresponding to the reflected microwaves becomes the level measuring radar device circuit 100 fed. The Füllstandsmeßradargerätschaltung 100 then uses the reference signal and the reflected wave signal to determine the level of the fluid 12 in the container 10 , As will be described in more detail below with reference to further Figures, the level measuring radar device circuit 100 numerous features, some of which are implemented in hardware and others in software, that of fill level radar device circuitry 100 allow the level of fluid 12 in the container 10 to determine exactly under turbulent conditions.
Die
Spannungsversorgung 55 ist mit der Kommunikationsschaltung 50 und
der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 verbunden
und stellt eine von der von der Schleife 15 erhaltenen
Spannung verschiedene Spannungsquelle zum Versorgen der Kommunikationsschaltung 50 und
der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 mit
Spannung bereit. In einigen Ausführungsformen
weist die Kommunikationsschaltung 50 jedoch eine eigene
Spannungsversorgungsschaltung zum Erzeugen einer Spannung von dem
Strom auf der Schleife 15 auf. In diesen Ausführungsformen
kann die Spannungsversorgungsschaltung 55 gegebenenfalls
zum Zuführen
von Spannung nur zur Füllstandmeßradargerätschaltung 100 verwendet
werden.The power supply 55 is with the communication circuit 50 and the Füllstandsmeßradargerätschaltung 100 connected and represents one of the loop 15 obtained voltage different power source for supplying the communication circuit 50 and the Füllstandsmeßradargerätschaltung 100 ready with tension. In some embodiments, the communication circuit 50 however, its own power supply circuit for generating a voltage from the current on the loop 15 on. In these embodiments, the power supply circuit 55 optionally for supplying voltage only to Füllstandmeßradargerätschaltung 100 be used.
3 zeigt
eine Ausführungsform
der Füllstandmeßradargerätschaltung 100 gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 dargestellt
ist, weist die Schaltung 100 einen Signalprozessor 110,
einen Steuerungsprozessor 115, einen Quarzoszillator 120,
einen D/A-Wandler
(DAC) 125, einen Verstärker 130,
ein Tiefpaßfilter 135,
einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 140, einen
Frequenzuntersetzer 145, einen Generator 150 für eine fünfte Harmonische,
ein Bandpaßfilter 155,
einen Verstärker 160,
einen Verstärker 165, einen
Mischer 170, einen Verstärker 175, ein differenzierendes
Gain-Filter 180, ein Tiefpaßfilter 185, einen
Verstärker 190 und
einen A/D-Wandler (ADC) 195 auf. In einigen bevorzugten
Ausführungsformen ist
der Signalprozessor 110 ein digitaler Signalprozessor,
der dazu geeignet ist, die verschiedenartigen erfindungsgemäßen Algorithmen
und Funktionen zu implementieren. Der Steuerungsprozessor 115 ist
ein Prozessor, der dazu geeignet ist, den Signalprozessor 110 zu
steuern und Kommunikationen zwischen dem Signalprozessor 110 und
der Kommunikationsschaltung 50 auszuführen. In anderen Ausführungsformen
werden die Funktionen des Steuerungsprozessors 115 jedoch
durch den Signalprozessor 110 ausgeführt, so daß der Steuerungsprozessor 115 eliminiert
werden kann. In diesen alternativen Ausführungsformen kommuniziert der
Signalprozessor 110 direkt mit der Kommunikationsschaltung 50,
wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. 3 shows an embodiment of the Füllstandsmeßradargerätschaltung 100 in accordance with preferred embodiments of the present invention. As in 3 is shown, the circuit has 100 a signal processor 110 , a control processor 115 , a quartz oscillator 120 , a DAC (DAC) 125 , an amplifier 130 , a low-pass filter 135 , a voltage controlled oscillator (VCO) 140 , a frequency divider 145 , a generator 150 for a fifth harmonic, a bandpass filter 155 , an amplifier 160 , an amplifier 165 , a mixer 170 , an amplifier 175 , a differentiating gain filter 180 , a low-pass filter 185 , an amplifier 190 and an A / D converter (ADC) 195 on. In some preferred embodiments, the signal processor is 110 a digital signal processor capable of implementing the various algorithms and functions of the invention. The control processor 115 is a processor suitable for the signal processor 110 to control and communications between the signal processor 110 and the communication circuit 50 perform. In other embodiments, the functions of the control processor become 115 however by the signal processor 110 executed so that the control processor 115 can be eliminated. In these alternative embodiments, the signal processor communicates 110 directly to the communication circuit 50 as shown by the dashed line.
Der
Quarzoszillator 120 stellt vorzugsweise ein 27 Hz-Referenztaktsignal
zum Betreiben des Signalprozessors 110 bereit. Der Signalprozessor 110 erzeugt
Digitalsignale, die über
einen vorgegebenen Wertebereich wiederholt variieren. Der D/A-Wandler 125 wandelt
die Digitalsignale in Analogsignale mit entsprechenden Amplituden
um. Die Digitalsignale vom System 110 werden verändert, um
ein Stufenspannungssignal am Ausgang des D/A-Wandlers 125 zu
erzeugen. Die stufenförmigen
Analogsignale vom D/A-Wandler 125 werden durch den Verstärker 130 verstärkt und
durch das Tiefpaßfilter 135 gefiltert, bevor
sie dem VCO 140 zugeführt
werden. Das Filter 135 begrenzt die Änderungsrate des Referenzsignals,
um die Bandbreite des Signals SREF zu begrenzen.The quartz oscillator 120 preferably provides a 27 Hz reference clock signal to operate the signal processor 110 ready. The signal processor 110 Generates digital signals that vary repeatedly over a given range of values. The D / A converter 125 converts the digital signals into analog signals with appropriate amplitudes. The digital signals from the system 110 are changed to a step voltage signal at the output of the D / A converter 125 to create. The stepped analog signals from the D / A converter 125 be through the amplifier 130 amplified and through the low pass filter 135 filtered before going to the VCO 140 be supplied. The filter 135 limits the rate of change of the reference signal to limit the bandwidth of the signal S REF .
In
Antwort auf das Rampensignal vom Filter 135 stellt der
VCO 140 als Ausgangssignal ein Signal mit einer Frequenz
bereit, die über
einen gewünschten
Frequenzbereich vorzugsweise so linear wie möglich variiert. Das Ausgangssignal
des VCO 140 wird dem Generator 150 für eine fünfte Harmonische und
dem Frequenzuntersetzer 145 zugeführt. Der Frequenzuntersetzer 145 wandelt
die VCO-Frequenz in ein Signal im MHz- Frequenzbereich um. Die durch den D/A-Wandler 130,
den Verstärker 130,
das Tiefpaßfilter 135,
den VCO 140, den Frequenzuntersetzer 145 und einen
Zähler 143 im
Signalprozessor 110 bereitgestellte Schleife wird als Rückkopplungsschleife
zum Linearisieren der Änderungsrate
der Frequenz des VCO-Ausgangssignals
verwendet. Der Generator 150 für eine fünfte Harmonische erzeugt Frequenzkomponenten
bei Vielfachen der Grundfrequenz und ist so konstruiert, daß die fünfte Harmonische
des VCO-Signals besonders überwiegt.
Das Bandpaßfilter 155 wählt die
fünfte
Harmonische aus, und alle anderen Vielfachen des VCO-Signals sowie die
Grundwelle werden unterdrückt.
Der Pegel des durch das Filter 155 als Ausgangssignal bereitgestellten
Signals wird durch den Verstärker 160 verstärkt.In response to the ramp signal from the filter 135 represents the VCO 140 providing as output a signal having a frequency which preferably varies as linearly as possible over a desired frequency range. The output signal of the VCO 140 becomes the generator 150 for a fifth harmonic and the frequency divider 145 fed. The frequency divider 145 converts the VCO frequency into a signal in the MHz frequency range. The through the D / A converter 130 , the amplifier 130 , the low-pass filter 135 , the VCO 140 , the frequency divider 145 and a counter 143 in the signal processor 110 provided loop is used as a feedback loop for linearizing the rate of change of the frequency of the VCO output signal. The generator 150 For a fifth harmonic, frequency components at multiples of the fundamental frequency are generated and designed so that the fifth harmonic of the VCO signal is particularly predominant. The bandpass filter 155 selects the fifth harmonic and all other multiples of the VCO signal and the fundamental are suppressed. The level of the through the filter 155 signal provided as an output signal is passed through the amplifier 160 strengthened.
Das
Eingangssignal des VCO 140 hat eine linear abgestufte Spannung,
wie durch Bezugszeichen 137 dargestellt ist. In einigen
bevorzugten Ausführungsformen
variiert die Frequenz des Referenzsignals in einem Bereich zwischen
etwa 24 GHz und etwa 26 GHz. Das Referenzsignal SREF wird über einen
Wellenleiter 161 mit Richtungskopplern 162 und 163 der
Antenne 26 zugeführt.
Die Antenne 26 überträgt die entsprechenden
Mikrowellen zur Oberfläche 13 des
Materials 12 hin. Die Antenne 26 empfängt außerdem von
der Oberfläche 13 reflektierte
Mikrowellensignale. Der Verstärker 160 führt außerdem das
Referenzsignal SREF dem Verstärker 165 zu.
Der Verstärker 165 verstärkt das
Referenzsignal SREF auf eine für den Spannungsmischer 170 erforderliche Amplitude.
Der Verstärker 165 wird
außerdem
als Mikrowellenpuffer betrieben, um eine Isolierung bereitzustellen.The input signal of the VCO 140 has a linear stepped voltage as indicated by reference numerals 137 is shown. In some preferred embodiments, the frequency of the reference signal varies in a range between about 24 GHz and about 26 GHz. The reference signal S REF is transmitted via a waveguide 161 with directional couplers 162 and 163 the antenna 26 fed. The antenna 26 transfers the corresponding microwaves to the surface 13 of the material 12 out. The antenna 26 also receives from the surface 13 reflected microwave signals. The amplifier 160 also carries the reference signal S REF to the amplifier 165 to. The amplifier 165 amplifies the reference signal S REF to one for the voltage mixer 170 required amplitude. The amplifier 165 is also operated as a microwave buffer to provide isolation.
Die
Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen von der Antenne 26 zur
Oberfläche
und zurück
führt zu
einer vom Behälterfüllstand
unabhängigen
Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal SREF und
dem reflektierten Wellensignal SRW. Der Mischer 170 empfängt das
Referenzsignal SREF und das reflektierte
Wellensignal SRW und stellt als Ausgangssignal
ein Phasenverschiebungssignal SPS bereit.
Das Phasenverschiebungssignal SPS ist ein
Niederfrequenzsignal mit einer von der Phasendifferenz zwischen
den Signalen SREF und SRW abhängigen Frequenz
und zeigt daher den durch die elektromagnetischen Wellen zurückgelegten
Weg und damit den Füllstand
des Materials 12 an. In einigen bevorzugten Ausführungsformen
liegt die Frequenz des Phasenverschiebungssignals SPS im
Bereich von etwa 330 Hz für
eine zurückgelegte
Strecke von etwa 0,2 Meter von der Antenne zur Oberfläche des
Materials 13 bis etwa 50 kHz für eine zurückgelegte Strecke von etwa 30
Meter.The propagation of electromagnetic waves from the antenna 26 to the surface and back leads to an independent of the tank level phase difference between the reference signal S REF and the reflected wave signal S RW . The mixer 170 receives the reference signal S REF and the reflected wave signal S RW and provides as output a phase shift signal S PS . The phase shift signal S PS is a low-frequency signal with a dependent on the phase difference between the signals S REF and S RW frequency and therefore shows the path traveled by the electromagnetic waves and thus the level of the material 12 at. In some preferred embodiments, the frequency of the phase shift signal S PS is in the range of about 330 Hz for a distance of about 0.2 meters from the antenna to the surface of the material 13 to about 50 kHz for a covered distance of about 30 meters.
Der
Mischer 170 ist vorzugsweise ein Mischer, der ein Ausgangssignal
mit höheren
Frequenzen erzeugt, wenn die Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen
SREF und SRW zunimmt. Daher
ist die Frequenz des Phasenverschiebungssignals SPS umso
höher,
je größer die
durch die elektromagnetischen Wellen zurückgelegte Strecke und je tiefer
daher der Pegel oder Füllstand
des Materials 13 ist. Weil die Amplitude der elektromagnetischen Wellen
abnimmt, wenn die zurückgelegte
Strecke zunimmt, nehmen auch die Amplituden der Signale SRW und SPS tendenziell
ab, wenn der Füllstand
des Materials 13 zunimmt. Herkömmlich war hierfür oft eine komplexe
AGC-(automatische Verstärkungssteuerung)Schaltung
erforderlich, um die geringere Amplitude höherfrequenter Phasensignale
zu kompensieren. Außerdem
nimmt die Komplexität
der AGC-Schaltung notwendigerweise zu, wenn Füllstände turbulenter Flüssigkeiten überwacht
werden. Außer
daß die
Kosten des Füllstandmeßgeräts zunehmen,
nimmt durch die komplexe AGC-Schaltung die Zuverlässigkeit
der Elektronik herkömmlicher Füllstandmeßgeräte ab.The mixer 170 is preferably a mixer which generates an output signal with higher frequencies as the phase difference between the input signals S REF and S RW increases. Therefore, the larger the frequency traveled by the electromagnetic waves and the deeper the level or level of the material, the higher the frequency of the phase shift signal S PS 13 is. Because the amplitude of the electromagnetic waves decreases as the distance covered increases decreases, the amplitudes of the signals S RW and S PS also tend to decrease when the level of the material 13 increases. Traditionally, this has often required a complex AGC (automatic gain control) circuit to compensate for the lower amplitude of higher frequency phase signals. In addition, the complexity of the AGC circuitry necessarily increases as levels of turbulent fluids are monitored. In addition to increasing the cost of the level gauge, the reliability of the electronics of conventional level gauges is reduced by the complex AGC circuit.
Der
Verstärker 175 ist
mit dem Ausgang des Mischers 170 verbunden. Der Verstärker 175 empfängt das
Phasenverschie bungssignal SPS und verstärkt es,
um den Pegel für
eine optimale Verwendung des A/D-Wandlers 195 anzupassen.The amplifier 175 is with the output of the mixer 170 connected. The amplifier 175 receives the phase shift signal S PS and amplifies it to the level for optimal use of the A / D converter 195 adapt.
Der
Eingang des differenzierenden Gain-Filters 180 ist mit
dem Ausgang des Verstärkers 175 verbunden,
so daß das
differenzierende Gain-Filter 180 das Phasenverschiebungssignal
SPS vom Verstärker 175 empfängt. Das
differenzierende Gain-Filter 180 wendet eine frequenzabhängige Verstärkung auf
das Phasenverschiebungssignal SPS an und
stellt das verstärkte
Phasenverschiebungssignal am Ausgang des Filters 180 bereit.
In bevorzugten Ausführungsformen
nimmt, wenn die Frequenz des Phasenverschiebungssignals SPS zunimmt, auch die auf das Phasenverschiebungssignal
angewendete Verstärkung
zu. Daher werden höherfrequente
Phasenverschiebungssignale, die als Ergebnis des Amplitudenverlusts
der elektromagnetischen Wellen auf ihrem Weg zum und vom Material 13 niedrigere
Amplituden aufweisen, mehr verstärkt
als niedrigerfrequente Signale. Außerdem variiert die Verstärkung des
differenzierenden Gain-Filters 180 über einen
gewünschten Frequenzbereich,
z. B. über
den Bereich von etwa 100 Hz bis etwa 50 kHz, vorzugsweise linear
als Funktion der Frequenz des Phasenverschiebungssignals.The input of the differentiating gain filter 180 is with the output of the amplifier 175 connected so that the differentiating gain filter 180 the phase shift signal S PS from the amplifier 175 receives. The differentiating gain filter 180 applies a frequency dependent gain to the phase shift signal S PS and provides the amplified phase shift signal at the output of the filter 180 ready. In preferred embodiments, as the frequency of the phase shift signal S PS increases, the gain applied to the phase shift signal also increases. Therefore, higher frequency phase shift signals are produced as a result of the amplitude loss of the electromagnetic waves on their way to and from the material 13 have lower amplitudes, more amplified than lower frequency signals. In addition, the gain of the differentiating gain filter varies 180 over a desired frequency range, eg. Over the range of about 100 Hz to about 50 kHz, preferably linearly as a function of the frequency of the phase shift signal.
Durch
Einfügen
des differenzierenden Gain-Filters 180 in bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung wird das Erfordernis für teure AGC-Schaltungskomponenten
eliminiert. Durch Anwenden einer frequenzabhängigen Verstärkung auf
das Phasenverschiebungssignal wird das Erfordernis für weitere
AGC-Schaltungen eliminiert oder minimiert. Außerdem hat das differenzierende Gain-Filter 180 im
Vergleich zu vielen AGC- oder Regelschaltungsstrukturen ein verbessertes
Ansprechverhalten. Dies ist bei der Überwachung des Füllstands
turbulenter Flüssigkeiten
sehr vorteilhaft. Außerdem
kann das differenzierende Gain-Filter 180, anders als eine
AGC- oder Regelschaltung, die möglicherweise
für jedes
spezifische überwachte
Material kalibriert werden muß,
ohne Neukalibrierung für
jedes Material verwendet werden. Das differenzierende Gain-Filter 180 ist
auf dem Fachgebiet bekannt (vgl. z. B. Horowitz et al. "The Art of Electronics", Second Edition,
Section 4.20 (1989)).By inserting the differentiating gain filter 180 In preferred embodiments of the present invention, the requirement for expensive AGC circuit components is eliminated. By applying a frequency dependent gain to the phase shift signal, the requirement for further AGC circuits is eliminated or minimized. It also has the differentiating gain filter 180 improved response compared to many AGC or control circuits. This is very advantageous in monitoring the level of turbulent fluids. Also, the differentiating gain filter 180 unlike an AGC or control circuit, which may need to be calibrated for each specific monitored material, without recalibration for each material. The differentiating gain filter 180 is known in the art (see, for example, Horowitz et al., The Art of Electronics, Second Edition, Section 4.20 (1989)).
Das
Phasenverschiebungssignal SPS wird dann
dem Eingang des Tiefpaßfilters 185 zugeführt. In
bevorzugten Ausführungsformen
weist das Tiefpaßfilter 185 eine
Grenzfrequenz oberhalb des bedeutungsvollen Frequenzbereichs des
Phasenverschiebungssignals SPS auf, d. h.
bei etwa 50 kHz, um Rauschen herauszufiltern. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 185 ist
mit dem Verstärker 190 verbunden,
um das Signal SPS zu verstärken. Schließlich digitalisiert der
A/D-Wandler 195 das Phasenverschiebungssignal SPS und führt
das Digitalsignal (Satz von Datenpunkten der gemischten übertragenen
und empfangenen Wellen bei jeder Sendefrequenz) dem Signalprozessor 110 zu,
um es zu speichern. Der Signalprozessor 110 ist vorzugsweise
eine auf einem Mikroprozessor basierende Schaltung, die dazu geeignet
ist, das Signal SPS zu empfangen und der
Kommunikationsschaltung 50 als Ausgangssignal ein Signal
oder eine Information zuzuführen
das/die den Pegel oder Füllstand
des Materials 13 anzeigt. Die durch den Signalprozessor 110 implementierten Funktionen
und Algorithmen, von denen einige in Hardware und einige in Software
implementierbar sind, werden nachstehend ausführlicher diskutiert.The phase shift signal S PS is then the input of the low-pass filter 185 fed. In preferred embodiments, the low pass filter 185 a cut-off frequency above the significant frequency range of the phase shift signal S PS , ie at about 50 kHz to filter out noise. The output of the low-pass filter 185 is with the amplifier 190 connected to amplify the signal S PS . Finally digitized the A / D converter 195 the phase shift signal S PS, and supplies the digital signal (set of data points of the mixed transmitted and received waves at each transmission frequency) to the signal processor 110 to save it. The signal processor 110 is preferably a microprocessor-based circuit capable of receiving the signal S PS and the communication circuit 50 supplying as output signal or information the level of the material 13 displays. The through the signal processor 110 Implemented functions and algorithms, some of which are hardware and some software implementable, are discussed in more detail below.
4 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen von durch den Signalprozessor 110 in
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausgeführten Funktionsschritten. Wie
in den Funktionsblöcken
oder Schritten in 4 dargestellt ist, empfängt der
Signalprozessor 110 die digitalisierte Phase vom A/D-Wandler 195 und
speichert die digitalisierten Phasenverschiebungssignale in einem RAM-Speicher,
wie in Schritt 210 dargestellt ist. Anschließend werden
in Schritt 240 die gespeicherten Phasenverschiebungssignaldaten
analysiert. Die verschiedenen Schritte und Merkmale der in Schritt 240 dargestellten
Signaldatenanalyse werden nachstehend unter Bezug auf die 5–8D ausführlicher
beschrieben. Nach der Signaldatenanalyse in Schritt 240 führt der
Signalprozessor 110 der Kommunikationsschaltung 50 eine
den Füllstand
des Materials im Behälter 10 anzeigende
Information zu. Wie vorstehend beschrieben wurde, überträgt die Kommunikationsschaltung
diese den Füllstand
anzeigende Information über
die Zweidrahtschleife 15 oder zu einem lokalen Display. 4 FIG. 12 is a block diagram illustrating the signal processor. FIG 110 Functional steps performed in preferred embodiments of the present invention. As in the function blocks or steps in 4 is shown, the signal processor receives 110 the digitized phase from the A / D converter 195 and stores the digitized phase shift signals in a RAM memory as in step 210 is shown. Subsequently, in step 240 the stored phase shift signal data is analyzed. The different steps and features in step 240 The signal data analysis shown will be described below with reference to FIGS 5 - 8D described in more detail. After the signal data analysis in step 240 leads the signal processor 110 the communication circuit 50 a level of the material in the container 10 indicating information to. As described above, the communication circuit transmits this level indicating information via the two-wire loop 15 or to a local display.
5 zeigt
einen in Schritt 240 in 4 durch
eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) erhaltenen Satz von Leistungsspektraldaten 330.
Vorzugsweise werden die in Schritt 210 gespeicherten Zeitsignaldaten
vor der FFT-Transformation eine Hamming-Wichtungsverarbeitung unterzogen.
Im allgemeinen weisen die Leistungsspektraldaten 300 eine
ganzzahlige Anzahl von Frequenzkomponenten 302 auf, wobei
die Amplitude jeder Frequenzkomponente 302 in geeigneten
Speicher-"Bins" erhalten und gespeichert
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Anzahl von Bins gleich 512, was Frequenzkomponenten im Bereich
von 0 Hz bis etwa 50 kHz entspricht. Im allgemeinen verarbeitet
der Signalprozessor 110 die Leistungsspektraldaten, um einen
den Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im Prozeßbehälter 10 darstellenden
Zielsatz von Frequenzkomponenten 304 zu lokalisieren. Weil
das Füllstandmeßradargerät 14 im
allgemeinen an der Oberseite des Prozeßbehälters 10 montiert
ist, kann der Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Prozeßbehälter 10 als
Funktion des Abstands der Flüssigkeitsoberfläche 13 von
der Antenne 26 des Füllstandmeßradargeräts 14 dargestellt
werden, weil die Position des Endes der Antenne 300 vom
Boden des Prozeßbehälters 10 bekannt
ist. 5 shows one in step 240 in 4 by a Fast Fourier Transform (FFT) obtained set of power spectral data 330 , Preferably, in step 210 stored time signal data before the FFT transform Hamming weighting processing. In general, the power spectral data 300 an integer number of frequency components 302 on, where the amplitude of each frequency component 302 received and stored in appropriate storage "bins". In a preferred embodiment, the number of bins equals 512, which corresponds to frequency components in the range of 0 Hz to about 50 kHz. In general, the signal processor processes 110 the power spectral data to the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 representing target set of frequency components 304 to locate. Because the level measuring radar device 14 generally at the top of the process container 10 is mounted, the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 as a function of the distance of the liquid surface 13 from the antenna 26 of Füllstandsmeßradargeräts 14 be represented because the position of the end of the antenna 300 from the bottom of the process container 10 is known.
Die
Leistungsspektraldaten 300 werden verarbeitet, um eine
Frequenzkomponente 305 mit der größten Amplitude (Ziel markierung)
in einem durch den Doppelpfeil 308 dargestellten größeren Bereich des
Frequenzspektrums der Leistungsspektraldaten zu lokalisieren. Frequenzkomponenten 302 in
der Nähe
der größten Frequenzkomponente 305 definieren
einen kleineren Bereich der Leistungsspektraldaten oder ein "Fenster" 312, das
für eine
Weiterverarbeitung verwendet wird. Die Grenzen des Fensters 312 sind
in 5 durch w– und w+ dargestellt.
Die Verwendung des Fensters 312 ermöglicht eine effiziente Signalverarbeitung
nachfolgender Sätze
von Leistungsspektraldaten, wobei der kleinere Bereich des Frequenzspektrums
für jedes
nachfolgende Frequenzspektrum verarbeitet wird, um den Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Prozeßbehälter 10 zu berechnen.The power spectral data 300 are processed to a frequency component 305 with the largest amplitude (target mark) in one by the double arrow 308 to locate the illustrated larger range of the frequency spectrum of the power spectral data. frequency components 302 near the largest frequency component 305 define a smaller range of power spectral data or a "window" 312 which is used for further processing. The limits of the window 312 are in 5 illustrated and w + - w by. The use of the window 312 enables efficient signal processing of subsequent sets of power spectral data, wherein the smaller portion of the frequency spectrum for each successive frequency spectrum is processed to match the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 to calculate.
Um
die Frequenzkomponente 305 mit der größten Amplitude in den Leistungsspektraldaten 300 zu
lokalisieren, wird ein "Interferenzpuffer" 320 berechnet.
Vorzugsweise wird der "Interferenzpuffer" 320 für jeden
neuen Satz von Leistungsspektraldaten 300 kontinuierlich
berechnet, wenn eine maximale Frequenzkomponente gefunden wird.
Der Interferenzpuffer 320 weist einen Wert für jede Frequenzkomponente 302 oder
jedes Bin auf. Wie nachstehend erläutert wird, kann der für jede Frequenzkomponente 302 berechnete
Wert eine Funktion einer beliebigen der folgenden Größen oder
eine Kombination der folgenden Größen sein: der Stromamplitude der
Frequenzkomponente 302; der für die Frequenzkomponente 302 aufgezeichneten
maximalen Amplitude (gegebenenfalls innerhalb einer ausgewählten Zeitperiode);
anderer vorangehender Werte der Frequenzkomponente 302 innerhalb
einer ausgewählten Zeitperiode;
und eine Funktion von Werten benachbarter Frequenzkomponenten 302.
Ein Satz von Maskierungsschwellenwerten 324 ist eine Art
eines Interferenzpuffers, in dem Werte um eine feste Konstante,
z. B. 6 dB, erhöht
worden sind.To the frequency component 305 with the largest amplitude in the power spectral data 300 to locate, becomes an "interference buffer" 320 calculated. Preferably, the "interference buffer" 320 for every new set of power spectral data 300 continuously calculated when a maximum frequency component is found. The interference buffer 320 has a value for each frequency component 302 or every bin. As explained below, this can be for any frequency component 302 calculated value is a function of any of the following quantities or a combination of the following quantities: the current amplitude of the frequency component 302 ; the for the frequency component 302 recorded maximum amplitude (optionally within a selected time period); other previous values of the frequency component 302 within a selected period of time; and a function of values of adjacent frequency components 302 , A set of masking thresholds 324 is a kind of interference buffer in which values are fixed by a fixed constant, e.g. B. 6 dB, have been increased.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
können
Werte für
den Interferenzpuffer 320 außerhalb des Suchfensters 312 folgendermaßen adaptiv
berechnet werden:
- 1) durch Anpassen einzelner
Interferenzpufferwerte als Funktion des zugeordneten Spektraldatenwertes
und mindestens eines benachbarten Spektraldatenwertes. Dies kann
dargestellt werden durch: ave[n] = (1/(2*ave_len
+ 1 – n_exclude))Σi=n–ave_len n+ave_lenmagn[i]für i {tpos – twin ...
tpos + twin}
und m[n] = MAX(ave[n], magn[n])
wobei
n
die Bin-Zahl im Interferenzpuffer
ave_len eine Hälfte der
Breite des Mittelwertbildungsfensters (Bins)
n_exclude = #({n – ave_len
... n + ave_len)⋂{tpos – twin ...
tpos + twin})
magn Werte von Leistungsspektraldaten
tpos
die Bin-Zahl mit dem größten Wert
im Bereich r– bis
r+
twin das Zielfenster mit der Breite
= 2*twin + 1 (Bins)
bezeichnen
und/oder
- 2) durch Anpassen einzelner Interferenzpufferwerte als Funktion
des zugeordneten Spektraldatenwertes und vorangehender Interferenzwerte. Dies
kann dargestellt werden durch: ib[n, t] = m[n,
t](1/M) + ib[n, t – 1](M – 1)/Mwobei
ib
den Interferenzpuffer
t die Zeit
M eine Zeitkonstante
bezeichnen.
In a preferred embodiment, values for the interference buffer 320 outside the search window 312 be calculated adaptively as follows: - 1) by adjusting individual interference buffer values as a function of the associated spectral data value and at least one adjacent spectral data value. This can be represented by: ave [n] = (1 / (2 * ave_len + 1 - n_exclude)) Σ i = n-ave_len ave_len n + magn [i] for i {tpos - twin ... tpos + twin} and m [n] = MAX (ave [n], magn [n]) where n is the bin number in the interference buffer ave_len one half the width of the averaging window (bins) n_exclude = # ({n - ave_len ... n + ave_len) ⋂ {tpos - twin ... tpos + twin}) magn values of power spectral data tpos the bin number with the largest value in the range r - to r + twin the target window with the Width = 2 * twin + 1 (bins) denote and / or
- 2) by adjusting individual interference buffer values as a function of the associated spectral data value and previous interference values. This can be represented by: ib [n, t] = m [n, t] (1 / M) + ib [n, t - 1] (M - 1) / M where ib denotes the interference buffer t, the time M a time constant.
Unter
Verwendung der vorstehend erwähnten
Kriterien stellt der Interferenzpuffer 320 einen Satz von
Werten dar, durch die im Vergleich zu den aktuellen Leistungsspektraldaten
weniger drastische Änderungen
der Werte erhalten werden als im aktuellen Satz von Leistungsspektraldaten.
Dies ist in 5 durch eine gestrichelte Linie
dargestellt. Die Werte des Interferenzpuffers 320 innerhalb
des Fensters 312 basieren nicht auf den aktuellen Werten der
Frequenzkomponente 305 und benachbarter Frequenzkomponenten 302 im
Fenster 312, sondern können
statt dessen durch eine einfache lineare Interpolation zwischen
den Werten des Interferenzpuffers 320 an den Grenzen des
Fensters 312 (w– und w+)
erhalten werden.Using the criteria mentioned above, the interference buffer provides 320 a set of values that will yield less drastic changes in values compared to the current power spectral data than in the current set of power spectral data. This is in 5 represented by a dashed line. The values of the interference buffer 320 within the window 312 are not based on the current values of the frequency component 305 and adjacent frequency components 302 in the window 312 Instead, you can use a simple linear interpolation between the values of the interference buffer 320 at the borders of the window 312 (w - and w +) are obtained.
Nachdem
die Werte des Interferenzpuffers 320 bestimmt worden sind,
wird ein durch das Bezugszeichen 324 dargestellter Satz
von Maskierungsschwellenwerten berechnet. In der dargestellten Ausführungsform
ist der Satz von Maskierungsschwellenwerten eine einfache Skalierungsgröße, z. B.
6 dB, über
jedem Wert im Interferenzpuffer. Durch den Satz von Maskierungsschwellenwerten 324 wird eine
Filterfunktion bereitgestellt, so daß leichte Änderungen von Werten aufeinanderfolgender
Sätze von Leistungsspektraldaten 300 nicht
als mögliches
Ziel betrachtet werden. Zulässige
Zielsätze,
z. B. der Zielsatz 304 im Fenster 312, haben dagegen
Werte, die größer sind
als entsprechende Werte des Satzes von Maskierungsschwellenwerten,
so daß diese
Komponenten der Leistungsspektraldaten 300 geeignet verarbeitet
werden können,
um den Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Prozeßbehälter 10 zu
bestimmen.After the values of the interference buffer 320 has been determined by the reference numeral 324 calculated set of masking thresholds. In the illustrated embodiment, the set of masking thresholds is a simple scaling quantity, e.g. 6 dB, above each value in the interference buffer. Through the set of masking thresholds 324 a filter function is provided so that slight changes in values of successive sets of power spectral data 300 not be considered as a possible goal. Permissible target rates, eg For example, the destination set 304 in the window 312 , on the other hand, have values greater than corresponding values of the set of masking thresholds, so that these components of the power spectral data 300 can be suitably processed to the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 to determine.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Analyse der Leistungsspektraldaten 300 unter Verwendung
zweier allgemeiner Betriebsmodi ausgeführt. In den 6 und 7 ist
ein "Suchmodus" allgemein durch
das Bezugszeichen 340 dargestellt. Der Suchmodus 340 weist
Verarbeitungsschritte auf, in denen der Signalprozessor 110 einen
größeren Bereich
des Frequenzspektrums 308 analysiert, um einen Zielsatz 304 über dem Satz
von Maskierungsschwellenwerten 324 zu suchen. Wenn ein
bestätigter
Zielsatz lokalisiert wurde, tritt der Signalprozessor 110 in
einen allgemein durch das Bezugszeichen 342 bezeichneten "Nachführmodus" ein. Im Nachführmodus
rastet der Signalprozessor 110 auf dem Zielsatz ein und
erzeugt ein Fenster 312 für eine Analyse in aufeinanderfolgenden
Sätzen
der Leistungsspektraldaten 300. Der Signalprozessor 110 wird
im Nachführmodus 342 verbleiben,
bis festgestellt wird, daß innerhalb
des Fensters 312 keine Zielsätze mehr vorhanden sind werden.
Wenn im Fenster 312 keine Zielsätze gefunden werden, wird der
Signalprozessor 110 in den Suchmodus 340 zurückkehren.
Wenn line_track-mode in 6 TRUE ist, bedeutet dies, daß der "Nachführmodus" aktiviert ist, und
wenn line_track-mode FALSE ist, bedeutet dies, daß der "Suchmodus" aktiviert ist.In a preferred embodiment, the analysis of the power spectral data 300 using two general operating modes. In the 6 and 7 is a "search mode" generally by the reference numeral 340 shown. The search mode 340 includes processing steps in which the signal processor 110 a larger area of the frequency spectrum 308 analyzed to a target set 304 above the set of masking thresholds 324 to search. When a confirmed target sentence has been located, the signal processor enters 110 in a generally by the reference numeral 342 designated "tracking mode". In tracking mode, the signal processor snaps into place 110 on the destination set and creates a window 312 for analysis in successive sets of power spectral data 300 , The signal processor 110 will be in tracking mode 342 remain until it is detected that within the window 312 no target sentences are left. If in the window 312 no target sets are found, the signal processor becomes 110 in the search mode 340 to return. If line_track-mode in 6 TRUE, this means that the "tracking mode" is activated, and if line_track-mode is FALSE, it means that the "search mode" is activated.
Anfangs
tritt der Signalprozessor 110 mit einem Anfangssatz von
Maskierungsschwellenwerten 324 in den Suchmodus 340 ein,
wie bei Block 350 dargestellt ist. Vorzugsweise weist der
Anfangssatz von Schwellenwerten Werte auf, die mit statischen Reflexionen
von der Antenne oder anderen Befestigungselementen in Beziehung
stehen, die der Oberseite des Prozeßbehälters 10 zugeordnet
sind. Es wird vorausgesetzt, daß der
Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Prozeßbehälter 10 einen
Pegel r– nicht überschreiten
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist r– durch
den Benutzer einstellbar.Initially, the signal processor enters 110 with an initial set of masking thresholds 324 in the search mode 340 one, as with block 350 is shown. Preferably, the initial set of thresholds has values related to static reflections from the antenna or other fasteners that the top of the process container 10 assigned. It is assumed that the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 a level r - will not exceed. In a preferred embodiment, r - is adjustable by the user.
Es
wird vorausgesetzt, daß der
Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 des
Prozeßbehälters 10 nicht
innerhalb des Bereichs rechts von r+ gemessen wird.
Der Wert r+ ist ebenfalls vorzugsweise durch den
Benutzer einstellbar und wird zum Herausfiltern von Einflüssen durch
Befestigungselemente am Boden des Prozeßbehälters 10, z. B. durch
Rühreinrichtungen
oder ähnlichen
Einrichtungen, verwendet oder wenn der Boden des Prozeßbehälters 10 gekrümmt ist.
Alle Werte des Anfangssatzes von Maskierungsschwellenwerten innerhalb
des Bereichs r– bis r+ werden
auf geeignete Werte gesetzt, so daß die Frequenzkomponenten 302 innerhalb
dieses Bereichs mögliche
Ziele anzeigen.It is assumed that the level of the liquid surface 13 of the process container 10 is not measured within the range to the right of r + . The value r + is also preferably adjustable by the user and is used to filter out influences by fasteners at the bottom of the process container 10 , z. B. by stirring or similar devices used or if the bottom of the process container 10 is curved. All values of the initial set of masking thresholds within the range r - to r + are set to appropriate values such that the frequency components 302 display possible destinations within this area.
Nachdem
der Satz von Anfangsmaskierungsschwellenwerten erzeugt worden ist,
schreitet der Programmablauf zu Block 352 fort, wo ein
Satz von Leistungsspektraldaten 300 oder ein ähnliches Spektrum
wie in 5 erhalten wird. Wie vorstehend diskutiert wurde,
analysiert der Signalprozessor 110 dann die Leistungsspektraldaten 300 im
Bereich von r– bis
r+, um die Frequenzkomponente 305 mit
der größten Amplitude
zu lokalisieren, die den entsprechenden Wert des Anfangssatzes von
Maskierungsschwellenwerten überschreitet.
Wenn eine derartige Frequenzkomponente nicht gefunden wird, wie
in Block 354 dargestellt ist, springt der Programmablauf zu
Block 352 zurück,
wo ein anderer Satz von Leistungsspektraldaten 300 erhalten
wird. Wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl aufeinanderfolgender
Iterationen keine derartige Frequenzkomponente gefunden wird, wird
der Signalprozessor 110 auf einen Alarmzustand schalten,
in dem über
die Kommunikationsschaltung 50 ein geeignetes Alarmsignal
an den abgesetzten Ort 11 (1) ausgegeben
wird.After the set of initial masking thresholds has been generated, the program flow proceeds to block 352 where a set of power spectral data 300 or a similar spectrum as in 5 is obtained. As discussed above, the signal processor analyzes 110 then the power spectral data 300 in the range of r - to r + to the frequency component 305 with the largest amplitude exceeding the corresponding value of the initial set of masking thresholds. If such a frequency component is not found, as in block 354 is shown, the program flow jumps to block 352 back where another set of power spectral data 300 is obtained. If no such frequency component is found within a predetermined number of consecutive iterations, the signal processor becomes 110 switch to an alarm state in which via the communication circuit 50 a suitable alarm signal to the remote location 11 ( 1 ) is output.
Wenn
eine geeignete Frequenzkomponente 305 gefunden wird, wie
in Block 354 dargestellt ist, schreitet der Programmablauf
zu Block 360 fort, wo der Interferenzpuffer 320 aktualisiert
wird. Wie vorstehend erwähnt
wurde, wird der Interferenzpuffer 320 zum Erzeugen eines
neuen Satzes von Maskierungsschwellenwerten 324 verwendet.
Ein Zählwert "LF" in Block 362 wird
verwendet, um die Anzahl von vorzugsweise aufeinanderfolgend auftretenden
geeigneten Frequenzkomponente in aufeinanderfolgenden Sätzen von
Leistungsspektraldaten zu zählen.
Wenn der Zählwert
LF in Block 354 einen (gegebenenfalls einstellbaren) vorgegebenen
Wert erreicht hat, z. B. den Wert "8",
tritt der Programmablauf in den Nachführmodus 342 ein.If a suitable frequency component 305 is found, as in block 354 is shown, the program flow goes to block 360 where the interference buffer 320 is updated. As mentioned above, the interference buffer becomes 320 to generate a new set of masking thresholds 324 used. One count "LF" in block 362 is used to count the number of preferably successive frequency components occurring in successive sets of power spectral data. If the count LF in block 354 has reached a (possibly adjustable) predetermined value, z. B. the value "8", the program flow enters the tracking mode 342 one.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird, wenn in Block 354 ein Zielsatz gefunden wird, anschließend in
Block 360 ein Fenster 312 erzeugt, wobei das Fenster
anschließend
aufeinanderfolgend verwendet wird, bis der Zählwert LF den vorgegebenen
Wert überschreitet.
Wenn im Fenster 312 kein Zielsatz gefunden wird, bevor
der Zählwert
LF den vorgegebenen Wert überschritten
hat, wird der Zählwert
LF zurückgesetzt,
und ein nächster
Suchvorgang wird über
den Bereich r– bis
r+ ausgeführt.In a preferred embodiment, when in block 354 a target sentence is found, then in block 360 a window 312 The window is subsequently used sequentially until the count value LF exceeds the predetermined value. If in the window 312 no target set is found before the count LF the is exceeded, the count LF is reset, and a next search is performed over the range r - to r + .
Beim
Eintritt in den Nachführmodus 342 verwendet
der Signalprozessor 110 eine diskrete Fouriertransformation
(DFT) innerhalb des Fensters, um einen den Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Behälter 10 anzeigenden
Bereichwert zu erhalten. Der berechnete Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im Behälter 10 wird
der Kommunikationsschaltung 50 in 3 zugeführt und
an den abgesetzten Ort 11 (1) übertragen.When entering the tracking mode 342 uses the signal processor 110 a discrete Fourier transform (DFT) within the window, around the level of the liquid surface 13 in the container 10 to receive the displayed range value. The calculated level of the liquid surface 13 in the container 10 becomes the communication circuit 50 in 3 fed and to the remote place 11 ( 1 ) transfer.
Vorzugsweise
wird der Programmablauf auf unbestimmte Zeit im Nachführmodus 342 verbleiben, solange
in jedem aufeinanderfolgenden Satz von Leistungsspektraldaten 300 oder
des Spektrums ein Satz von Zielen mit ausreichender Amplitude lokalisiert
wird. Nachdem der Ausgangswert unter Verwendung einer DFT-Transformation
in Block 370 berechnet wurde, schreitet der Programmablauf
zu Block 372 fort, wo ein anderer Satz von Leistungsspektraldaten 300 erhalten
wird. In Block 374 wird eine Analyse der Leistungsspektraldaten 300 innerhalb
des Fensters 312 (w– bis w+)
ausgeführt.
Wenn innerhalb des Fensters 312 ein Zielsatz gefunden wird,
schreitet der Programmablauf zu Block 376 fort, wo ähnlich wie
vorstehend unter Bezug auf Block 360 beschrieben wurde
ein Interferenzpuffer erzeugt und ein neuer Satz von Maskierungsschwellenwerten
berechnet wird. Der Programmablauf springt dann zu Block 370 zurück, wo eine
DFT-Analyse verwendet wird, um einen neuen Ausgangswert zu bestimmen, der
den Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 13 im
Prozeßbehälter 10 anzeigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Berechnung des den Pegel 13 darstellenden Ausgangswertes
eine Grobberechnung auf, der eine Feinberechnung folgt, um einen exakteren
Wert bereitzustellen. Die Feinberechnung kann unter Verwendung einer
DFT- oder einer Chirp-z-Transformation ausgeführt werden.Preferably, the program will run indefinitely in tracking mode 342 remain in each successive set of power spectral data 300 or the spectrum, a set of targets with sufficient amplitude is located. After the initial value using a DFT transformation in block 370 calculated, the program flow goes to block 372 where another set of power spectral data 300 is obtained. In block 374 becomes an analysis of power spectral data 300 within the window 312 (w - to w + ) executed. If inside the window 312 a target sentence is found, the program flow proceeds to block 376 where similar as above with reference to block 360 described an interference buffer was generated and a new set of masking thresholds is calculated. The program sequence then jumps to block 370 back where a DFT analysis is used to determine a new baseline value that is the level of the liquid surface 13 in the process vessel 10 displays. In a preferred embodiment, the calculation of the level 13 a rough calculation followed by a fine calculation to provide a more accurate value. The fine calculation can be performed using a DFT or a chirp-z transformation.
Wenn
in Block 374 im Fenster 312 für einen Satz von Leistungsspektraldaten
kein Ziel gefunden wird, schreitet der Programmablauf zu Block 382 fort. Es
wird ein zweiter Zählwert "NLF" zum Zählen der Anzahl
von Ereignissen verwendet, bei denen in aufeinanderfolgenden Sätzen von
Leistungsspektraldaten in Block 382 kein Zielsatz gefunden
wurde. In Block 384 wird entschieden, ob der Zählwert NLF
einen (gegebenenfalls einstellbaren) vorgegebenen Wert, z. B. "20", überschritten
hat. Wenn der Zählwert NLF
diesen vorgegebenen Wert nicht überschritten hat,
schreitet der Programmablauf vorzugsweise zu Schritt 382 fort,
wo der Zählwert
NLF um "1" erhöht wird.
Dann wird in Block 372 ein anderer Satz von Leistungsspektraldaten
erhalten. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird, bevor in Block 372 ein
neuer Satz von Leistungsspektraldaten erhalten wird, die Fenstergröße erweitert,
um einen etwas größeren Bereich
des Frequenzspektrums abzusuchen. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Rate, mit der die Fenstergröße erweitert wird, folgendermaßen gegeben:If in block 374 in the window 312 For a set of power spectral data, no destination is found, the program flow proceeds to block 382 continued. A second count "NLF" is used to count the number of events in which in successive sets of power spectral data in block 382 no target sentence was found. In block 384 a decision is made as to whether the count NLF has a predetermined value (possibly adjustable), e.g. B. "20" has exceeded. If the count value NLF has not exceeded this predetermined value, the program flow preferably proceeds to step 382 where the count NLF is incremented by "1". Then in block 372 get another set of power spectral data. In the illustrated preferred embodiment, before in block 372 a new set of power spectral data is obtained which expands window size to scan a slightly larger area of the frequency spectrum. In a preferred embodiment, the rate at which the window size is expanded is given as follows:
Die
verwendete Fenstergröße ist vom
Zählwert
NLF (nlf) abhängig: swin = max(lf_window_minsize, roc_bins*max(0,
nlf counter-delay))wobei
lf_window_minsize die minimale
Fenstergröße, wenn ein
Ziel gefunden wurde
roc_bins = roc/delta_r (delta_r ist der
Bereich range_gate in Meter (Abstand zwischen zwei Bins))
roc
die Änderungsrate
delay
die Verzögerung
bevor die Fensterbreite vergrößert wird
bezeichnen.The window size used depends on the count NLF (nlf): swin = max (lf_window_minsize, roc_bins * max (0, nlf counter-delay)) in which
lf_window_minsize the minimum window size if a target was found
roc_bins = roc / delta_r (delta_r is the area range_gate in meters (distance between two bins))
roc the rate of change
delay the delay before the window width is increased
describe.
Daher
wird das Fenster mit der durch roc_bins gegebenen Änderungsrate über die
Zeit vergrößert, wenn
kein Ziel gefunden wird. Wenn im Fenster 312 ein Zielsatz
lokalisiert wird, kann der Zählwert
NLF zurückgesetzt
werden.Therefore, the window with the rate of change given by roc_bins is increased over time if no destination is found. If in the window 312 a target set is located, the count NLF can be reset.
Wenn
der Zählwert
NLF den vorgegebenen Wert überschreitet,
schreitet der Programmablauf zu Block 390 fort, wo eine
Analyse ausgeführt
wird, um zu bestimmen, ob der Prozeßbehälter 10 leer ist oder ein
Signalverlust aufgetreten ist.When the count value NLF exceeds the predetermined value, the program flow proceeds to block 390 where an analysis is performed to determine if the process container 10 is empty or a signal loss has occurred.
Die 8A–8D zeigen
ein Beispiel der Funktionsweise des Signalprozessors 110 des
Füllstandmeßradargeräts 14 in
seinen beiden Betriebsmodi, d. h. im Suchmodus und im Nachführmodus, wie
vorstehend unter Bezug auf die 6 und 7 beschrieben
wurde. Das in den 8A–8D dargestellte
Beispiel entspricht der Arbeitsweise des Füllstandmeßradargeräts 14 zum Messen eines
Füllstands
eines Behälters,
der teilweise mit Erdnußöl gefüllt ist,
unter verschiedenen schwierigen Bedingungen. Um die Funktionsweise
des Signalprozessors 110 in diesen beiden Betriebsmodi
am besten darzustellen, sind in den 8A–8D vier
Diagramme dargestellt, die ein Signal/Rausch-Verhältnis (SNR)
(8A), den Wert einer "keine Linie gefunden" (NLF) anzeigenden Variablen (8B),
den tatsächlichen
Bereich oder Abstand der Oberfläche 13 eines
Materials 12 von der Oberseite des Behälters, gemessen durch einen
unabhängigen
Sensor (8C) und den Betriebsmodus (Such-
oder Nachführmodus),
jeweils dargestellt im gleichen Zeitmaßstab (8D) zeigen.
Der Zeitmaßstab
jeder der 8A–8D ist
durch die Anzahl von Datenpunkten dargestellt, wobei jeder Datenpunkt
ein Zeitintervall zwischen sechs und sieben Sekunden darstellt.The 8A - 8D show an example of the operation of the signal processor 110 of Füllstandsmeßradargeräts 14 in its two modes of operation, ie in the search mode and in the tracking mode, as described above with reference to FIGS 6 and 7 has been described. That in the 8A - 8D Example shown corresponds to the operation of the Füllstandmeßradargeräts 14 for measuring a level of a container partially filled with peanut oil under various difficult conditions. To the operation of the signal processor 110 to best represent in these two modes of operation are in the 8A - 8D four diagrams showing a signal-to-noise ratio (SNR) ( 8A ), the value of a "no line found" (NLF) variable ( 8B ), the actual area or distance of the surface 13 of a material 12 from the top of the container measured by an independent sensor ( 8C ) and the operating mode (search or tracking mode), each represented on the same time scale ( 8D ) demonstrate. The time scale of each of the 8A - 8D is represented by the number of data points, each data point representing a time interval between six and seven seconds.
Kurz
nach der Anfangszeitperiode tritt der Signalprozessor in den Nachführmodus
ein, wie in 8D dargestellt ist. Wie in 8B dargestellt
ist, verbleibt der Signalprozessor im Nachführmodus, weil NLF vom Datenpunkt
null bis etwa 300 im wesentlichen bei null bleibt. Außerdem verbleibt
der Signalprozessor bis etwa zum Datenpunkt 700 im Nachführmodus,
weil NLF an keinem Punkt vor etwa dem Datenpunkt 700 einen Wert
von 20 erreicht.Shortly after the start time period, the signal processor enters the tracking mode, as in FIG 8D is shown. As in 8B is shown, the signal processor remains in the tracking mode because NLF remains substantially zero from data point zero to about 300. In addition, the signal processor remains in tracking mode until approximately data point 700 because NLF does not reach a value of 20 at any point prior to data point 700.
Während dieser
langen Zeitdauer, in der der Signalprozessor durch die erfindungsgemäßen Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Nachführmodus
verbleibt, werden verschiedenartige Störungsereignisse verursacht,
um die Anpassungsfähigkeit
der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen. In Zeitperioden, die den
Datenpunkten in der Umgebung des Datenpunktes 100 entsprechen, wird
die Flüssigkeit
im Behälter 10 gerührt, wie
an diesem Punkt in 8A durch eine Verminderung des SNR-Wertes
ersichtlich ist. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren
zum Steuern der Maskierungsschwellenwerte und der Fenstergröße geht das
Ziel jedoch niemals für
mehr als ein paar Wiederholungen der Spektralanalyse verloren, wie
in 8B ersichtlich ist. Während des gesamten Rührvorgangs
wird durch den Signalprozessor eine im wesentlichen konstante Bereichanzeige
von etwa 2,5 Metern zur Oberfläche
der Flüssigkeit
im Behälter
bereitgestellt.During this long period of time in which the signal processor remains in the tracking mode by the methods and apparatus of the present invention, various types of jamming events are caused to demonstrate the adaptability of the present invention. In time periods corresponding to the data points in the vicinity of the data point 100, the liquid in the container 10 stirred, as at this point in 8A can be seen by a reduction of the SNR value. However, using the methods of the invention for controlling the masking thresholds and the window size, the target is never lost for more than a few repetitions of the spectral analysis, as in FIG 8B is apparent. Throughout the stirring process, the signal processor provides a substantially constant range indication of about 2.5 meters to the surface of the liquid in the container.
In
einer etwa beim Datenpunkt 200 beginnenden Zeitperiode wird der
Flüssigkeitspegel
im Behälter
um etwa 1 Meter erhöht,
so daß der
Bereich von 2,5 Meter auf etwa 1,5 Meter abnimmt. Durch die Änderung
des Flüssigkeitspegels
im Behälter
wird veranlaßt,
daß der
SNR-Wert während
dieser Zeitperiode abnimmt. Weil der höhere Flüssigkeitspegel einen kleineren
SNR-Wert verursacht, wurde die Flüssigkeit im Behälter während einer
Zeitperiode in der Nähe
des Datenpunkts 300 erneut gerührt.
Wie in 8B ersichtlich ist, führt die
Kombination aus einem Rührvorgang
und einem durch höhere
Flüssigkeitspegel
verursachten verminderten SNR-Wert zu einem NLF-Wert, der größer ist
als null, wodurch ein vorübergehender
Verlust des Ziels während
einer oder mehreren Wiederholungen der Spektralanalyse angezeigt
wird. Weil die erfindungsgemäßen Verfahren
jedoch ermöglichen,
daß das
Ziel schnell gefunden wird, verläßt der Signalprozessor 110 den
Nachführmodus
nicht, wie in 8D ersichtlich ist. Außerdem wird
der Pegel der Flüssigkeit
im Behälter 10 während dieser
gesamten Zeitperiode exakt gemessen, wie in 8C dargestellt
ist.In a period beginning at about data point 200, the liquid level in the container is increased by about 1 meter so that the range decreases from 2.5 meters to about 1.5 meters. The change in the liquid level in the container causes the SNR value to decrease during this period of time. Because the higher liquid level causes a smaller SNR, the liquid in the container was stirred again for a period of time near the data point 300. As in 8B As can be seen, the combination of stirring and a reduced SNR value due to higher liquid level results in an NLF value greater than zero, indicating a transient loss of the target during one or more repetitions of the spectral analysis. However, because the methods of the invention allow the target to be found quickly, the signal processor leaves 110 not the tracking mode, as in 8D is apparent. In addition, the level of the liquid in the container 10 measured exactly during this entire time period, as in 8C is shown.
Dann
wird in einer etwa beim Datenpunkt 350 beginnenden Zeitperiode der
Pegel der Flüssigkeit
im Behälter 10 wieder
um etwa einen Meter abgesenkt. Während
der Zeitdauer, die einem Intervall zwischen etwa dem Datenpunkt
350 und etwa dem Datenpunkt 600 entspricht, wurde Wasser in die
Antenne 26 gesprüht,
um eine Störung
zu verursachen. Gleichzeitig wurde die Flüssigkeit im Behälter während einer
Zeitperiode zwischen etwa dem Datenpunkt 500 und etwa dem Datenpunkt
600 gerührt. Diese
beiden Störungsereignisse
sind in 8A dargestellt. Während nur
Wasser in die Antenne gesprüht
wurde, ergab sich noch nicht einmal ein vorübergehender Verlust des Ziels,
durch die Kombination aus dem Sprühen von Wasser in die Antenne
und gleichzeitigem Rühren
der Flüssigkeit
wurde jedoch veranlaßt,
daß das
Ziel während
des Nachführmodus für einige
wenige Wiederholungen verloren ging, wie im NLF-Diagramm von 8B dargestellt
ist. Während
dieser gesamten Zeitperiode verblieb der Signalprozessor 110 jedoch
im Nachführmodus,
wie in 8D dargestellt ist, und der
Flüssigkeitspegel
im Behälter
wurde exakt bestimmt, wie in 8C dargestellt
ist. Zu einem etwa dem Datenpunkt 600 entspre chenden Zeitpunkt wurde
der Pegel der Flüssigkeit
im Behälter 10 erneut
erhöht.Then, in a period beginning at about the data point 350, the level of the liquid in the container becomes 10 again lowered by about one meter. During the period of time corresponding to an interval between about the data point 350 and about the data point 600, water was introduced into the antenna 26 sprayed to cause a malfunction. At the same time, the liquid in the container was agitated for a period of time between about the data point 500 and about the data point 600. These two disturbance events are in 8A shown. While only water was sprayed into the antenna, there was not even a transient loss of the target, but the combination of spraying water into the antenna and simultaneously agitating the liquid caused the target to be turned on for a few repetitions during the tracking mode lost, as in the NLF diagram of 8B is shown. During this entire period of time, the signal processor remained 110 however, in tracking mode, as in 8D is shown, and the liquid level in the container was determined exactly as in 8C is shown. At about the data point 600 corre sponding time, the level of the liquid in the container 10 increased again.
In
einer etwa am Datenpunkt 600 beginnenden Zeitperiode wurde der Flüssigkeitspegel
im Behälter
erneut um etwa 1 Meter erhöht,
wodurch der SNR-Wert aufgrund der entsprechenden Erhöhung des
Nahfeldrauschens erneut vermindert wurde, wie in 8A ersichtlich
ist. In der Zeitdauer zwischen etwa dem Datenpunkt 700 und etwa
dem Datenpunkt 800 wurde das Erdnußöl im Behälter gerührt, während gleichzeitig Wasser in
die Antenne 26 gesprüht wurde.
Wie in den 8B und 8D ersichtlich
ist, wurde durch die Kombination aus einem sehr hohen Flüssigkeitspegel,
einem Material (Erdnußöl) mit geringer
Dielektrizitätskonstante,
einem Rührvorgang und
dem Sprühen
von Wasser in die Antenne veranlaßt, daß das Ziel für mehr als
20 Spektralanalysezyklen verlorengeht. Daher trat der Signalprozessor 110 in
den Suchmodus ein und verblieb in diesem Betriebsmodus, bis ein
Ziel für
acht aufeinanderfolgende Spektralanalysezyklen gefunden wurde.In a period beginning approximately at data point 600, the liquid level in the vessel was again increased by about 1 meter, again reducing the SNR due to the corresponding increase in near field noise, as in FIG 8A is apparent. In the period between about the data point 700 and about the data point 800, the peanut oil in the container was agitated while at the same time water in the antenna 26 was sprayed. As in the 8B and 8D As can be seen, the combination of a very high liquid level, a low dielectric constant material (peanut oil), a stir, and the spraying of water into the antenna caused the target to be lost for more than 20 spectral analysis cycles. Therefore, the signal processor entered 110 enter search mode and remain in this mode of operation until a target is found for eight consecutive spectral analysis cycles.
